总溶剂生产中醪塔差压蒸馏能耗的分析与探讨
来源:用户上传
作者:
摘 要：上世纪九十年代后上马的大多数总溶剂蒸馏装置为降低蒸汽消耗都采用差压蒸馏，即利用高压塔塔顶气相做负压塔塔低热源，负压塔塔底再沸器同时也是高塔塔顶气相冷凝器。认为这样既降低热量消耗又降低高温换热压力，实际上这并不是最好的节能方式。本文通过实际运行中的差压蒸馏参数分析，和双负压塔蒸馏做比较，推断出采用双负压塔蒸馏比差压蒸馏能节省1/4以上的蒸汽消耗。
关键词：差压蒸馏；能耗；分析
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.047
生物法生产总溶剂的发酵成熟醪中总溶剂（丙酮、正丁醇、乙醇的统称）含量只有2%左右，所以蒸馏提纯总溶剂的过程需要消耗大量的蒸汽。总溶剂蒸馏装置用醪塔脱除50%左右的水，醪塔的蒸汽消耗占总溶剂蒸馏消耗的58%左右[1]。
为降低蒸汽消耗，上世纪九十年代之后上马的总溶剂装置或酒精装置中的醪塔大多数都采用双塔差压塔蒸馏，即利用高压塔塔顶气相做负压塔塔低热源，负压塔底再沸器同时也是高塔塔顶气相冷凝器，认为这样既可以降低热量消耗又可以降低降温换热压力，在运行中发现虽然这样能节省35%以上的蒸汽消耗[2]，但并不是最好的节能方式。下面根据某公司差压蒸馏实际运行情况再和双负压塔蒸馏做比较进行推断，得到一个更好的节能运行方式。
总溶剂和酒精的蒸馏装置都存在类似情况。
1 原工艺流程说明
1.1 原工艺流程叙述
发酵成熟醪液首先和一醪塔顶第一冷凝器换热，然后分两路别用板式换热器和一醪塔、二醪塔底的废醪液换热，为一醪塔、二醪塔进料。
二醪塔再沸器用蒸汽加热，控制二醪塔底压力150kPa，温度130℃。成熟醪进料进入二醪塔内进行传质传热，轻组分汽化到塔顶，经气相管线在一醪塔底再沸器换热冷凝进入二醪塔回流罐，回流罐内液相由回流泵一路进入总溶剂罐为一丁塔进料另一路回二醪塔顶回流控制塔顶温度为120℃，塔顶压力为135kPa。二醪塔回流罐气相未凝气进入二醪塔第二冷凝器冷凝。塔底废醪液经废醪泵和经过一醪塔第一冷凝器换热后的成熟醪再用板式换热器换热后外排。
一醪塔底再沸器被二醪塔顶气相加热。一醪塔塔顶末级冷凝器出口接吸收塔。吸收塔出口用真空泵抽取不凝气控制一醪塔顶部压力-35kPa，塔底压力为-20kPa；一醪塔底温度90℃，塔顶温度为80℃。成熟醪经一醪塔顶第一冷凝器换热后和一醪塔底废醪换热进入一醪塔中部进料，在塔内进行传质传热，轻组分汽化到塔顶，在第一冷凝器与成熟醪换热，换热冷凝后的液体进入回流罐，一部分作为顶回流控制塔顶温度，另一路去总溶剂罐为一丁塔提供进料。塔底废醪液经废醪泵和经过一醪塔第一冷凝器换热后的成熟醪再用板式换热器换热后外排。
2 数据分析
2.1 按照目前设计情况运行时的热量损失
正常运行时一醪塔每小时进料量160t/h，忽略采出的总溶剂量，废醪外排为160t/h；二醪塔每小时进料220t/h，忽略采出的总溶剂量，废醪外排为220t/h。
差压塔运行时外排废醪热焓的计算。查表得到65℃水的热焓值：272.59kJ/kg，95℃水的热焓值：398.48kJ/kg。則总的外排废醪热焓值为：160t/h*1000*272.59kJ/kg+220t/h*1000*398.48kJ/kg=131280000kJ/h。
2.2 假设采用双负压塔外排废醪热焓值的推算
380t/h*1000*272.59kJ/kg=103584200kJ/h。
2.3 两种运行方式外排废醪热损失的比较
（1）同样是每小时380吨废醪量外排，差压塔运行比假设的双负压塔运行热焓值损失多：131280000kJ-103584200kJ=27695800kJ。
0.7MPa饱和蒸汽热焓值：2762.9kJ/kg；100℃水的热焓值：419.54kJ/kg。按照蒸馏使用的蒸汽为用0.7MPa的饱和蒸汽，吨蒸汽完全换热冷凝释放热量为：2343.36kJ/kg。这样差压塔蒸馏总溶剂外排废醪热量损耗和假设的两个单独负压塔比较，废醪外排多带热量相当于压力为0.7MPa的饱和蒸汽：（27695800/2343.36）/1000=11.8t。
也就是说在同样是380t/h进醪量的情况下，如果醪塔采用双负压塔蒸馏比双塔差压蒸馏每小时至少可以再少消耗11.8t以上的蒸汽。相当于每吨总溶剂又少消耗约1.6吨蒸汽，即醪塔的蒸汽消耗将再降低的1/4以上。
（2）若采用双负压塔蒸馏将在二醪塔顶增加一台真空泵，配套11kW电机。电价按1元/千瓦时核算满负荷运行每小时耗电费11元，消耗的电能相对于所降低的蒸汽消耗不足百分之一。并且在实际运行时负压塔差压为15kPa，运行平稳，操作弹性大。
2.4 其他情况比较
双塔差压运行的缺陷还有：（1）差压塔设计方案中二醪塔气相为一醪塔提供热量，换热后高温不凝气在二醪塔第二冷凝器用循环水冷凝，造成较大的热能损失。（2）二醪塔粗溶剂采出温度是110℃，总溶剂罐内高温未凝气体也需要用循环水冷凝，同样存在很多热量损失和能源消耗。（3）为了维持一醪塔的正常运行，二醪塔比常压塔运行时要提高釜温30℃以上、提高釜压约50kPa。
双负压塔运行不仅没有以上的弊端，而且运行负荷调整范围大。可根据成熟醪量的情况来调整是单塔运行还是双塔运行，两塔之间在运行中没有工艺上的关联。
3 结论
总溶剂的蒸馏装置采用双负压塔，每个塔都可以单独运行，并采用各自独立的再沸器加热。成熟醪和塔顶第一冷凝器换热，换热后的成熟醪再和塔底外排废醪继续进行醪醪换热，塔底废醪换热后温度可以从95℃降低到65℃。不仅醪塔总的使用蒸汽量能比双塔差压再减少四分之一以上，而且对废醪后续冷却所需要的循环水量也有大幅度的降低。
由此可见在发酵法生产总溶剂和乙醇的行业中，双醪塔采用差压蒸馏的设计理念存在误区。采用独立操作的双负压塔蒸馏能有更好的节能效果。
参考文献：
[1]陈声，陆祖祺.发酵法丙酮和丁醇生产技术[M].326.
[2]孙鹏鹏等.酒精蒸馏技术的进步与节能减排[J].
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14707755.htm
